A arquitectura IA32

A arquitectura IA32
A arquitectura de um processador é caracterizada pelo conjunto de
atributos que são visíveis ao programador.
• Tamanho da palavra
• Número de registos visíveis
• Número de operandos
• Endereçamento de operandos
• O conjunto de instruções
AC1 –Arquitectura do Conjunto de Instruções
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IA32 – O tamanho da palavra
Este é um parâmetro fundamental do sistema que determina, em bits:
• o tamanho, por defeito, dos números inteiros
• o tamanho dos endereços
• o tamanho dos registos de uso genérico
O IA32 tem uma palavra de 32 bits, mas, por razões históricas,
são as quantidades de 16 bits que são referenciadas como
palavras (w), sendo as quantidades de 32 bits referenciadas
como palavras longas (l).
32 bits permitem endereçar 232 bytes = 4 Gbytes
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IA32 – Registos visíveis
8 registos genéricos de 32 bits acessíveis em quantidades de 8 e 16 bits
%ax, %bx, %cx, %dx – 16 bits menos
significativos dos respectivos registos
%ah, %bh, %ch, %dh – 2º byte menos
significativo dos respectivos registos
%al, %bl, %cl, %dl – byte menos
significativo dos respectivos registos
Apesar de genéricos, alguns destes registos são implicitamente
usados por algumas instruções: %eax, %esp.
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Número de operandos
a = b + c; uma operação aritmética binária tem 3 operandos.
O conjunto de instruções de uma máquina pode suportar um número
diferente de operandos:
0 operandos – os operandos estão no topo da stack e o resultado é
posto no topo da mesma; EX: add => push (pop+pop)
1 operando – um dos operando e o destino da operação é um registo
designado por acumulador; EX: add b => acc = acc + b
2 operandos – um dos operandos funciona também como destino da
operação;
EX: add b,c => c = c + b
3 operandos – todos os operandos são especificados na instrução;
EX: add b,c,d => b = c + d
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IA32 – 2 operandos
addl %eax, %ebx
; %ebx = %ebx+%eax
movl %eax, %ebx
; %ebx = %eax
subl %eax, %ebx
; %ebx = %ebx-%eax
imull %esi, %esp
; %esp = %esp * %esi (32 bits)
mas também existem instruções de 1 operando:
incl %ecx
; %ecx = %ecx+1
imull %ecx
; %edx:%eax = %eax * %ecx (64 bits)
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IA32 – Modos de endereçamento
Como indicar numa instrução quais os operandos?
Registos
Constante
(modo imediato)
O valor do operando é o valor
armazenado no registo.
O valor do operando é uma constante
especificada na instrução.
addl %eax, %esi
addl $5, %esi
%esi = %esi + %eax
%esi = %esi + 5
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IA32 – Modos de endereçamento
Um, e apenas um, dos operandos pode estar armazenado em memória.
Como especificar o endereço de memória?
O endereço é o resultado da avaliação da expressão:
Endereço = Base + Índice*Escala + Deslocamento
onde:
•Base e Índice são registos
•Escala é uma constante com o valor 1, 2, 4 ou 8
•Deslocamento é uma constante com 32 bits no máximo
NOTA: Qualquer um destes campos pode estar omisso!
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IA32 – Modos de endereçamento
addl %eax, 1000(%ebp, %esi, 4)
Significado: somar a %eax a palavra (4 bytes) cujo endereço
começa em %ebp + %esi*4 + 1000. Resultado guardado em
memória.
andl (,%eax, 8), %edx
Significado: AND da palavra (4 bytes) cujo endereço começa em
%eax*8 com o conteúdo de %edx. Onde fica o resultado?
subw %ax, 0x70AA
Significado: somar à palavra (2 bytes) cujo endereço começa em
0x70AA o valor de %ax. Resultado guardado em memória.
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IA32 – Modos de endereçamento
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IA32 – Modos de endereçamento
Memória
Endereço
Valor
0x100
0xFF
0x104
0xAB
0x108
0X13
0x10C
0x11
Operando
%eax
(%eax)
0x104
$0x104
4(%eax)
Registo
Valor
(%eax,%ecx,8)
%eax
0x100
0x100(%ecx, %edx)
%ecx
1
0x104(,%ecx,8)
%edx
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Valor
0x100
0xFF
0xAB
0x104
0xAB
0x13
0xAB
0x11
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IA32 – O conjunto de instruções:
operações lógico-aritméticas
2 operandos
1 operando
add? src, dest
sub? src, dest
and? src, dest
imull? src, dest
sar? shamt5, dest
inc? dest
dec? dest
imull src
%edx:%eax = %eax * src
idivl src
%edx = %eax mod src
%eax = %eax / src
onde
? – b, w, l
onde
? – b, w, l
shamt5 ∈ [0..31]
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IA32 – O conjunto de instruções:
operações de transferência de informação
mov? src, dest
lea? Imm(R1, R2, s), dest
onde
? – b, w, l
Stack
pushl src
popl dest
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IA32 – A stack
Estrutura de dados mantida em memória, do tipo LIFO.
O stack pointer (%esp) aponta para o topo da stack.
Esta cresce de endereços mais altos para endereços mais baixos.
pushl subtrai 4 ao %esp e carrega uma palavra na memória.
popl lê uma palavra da stack e soma 4 ao %esp.
%eax
0xf09
%eax
0xf09
%edx
0x0
%edx
%esp
0x508
%esp
push %eax
%eax
0xf09
0x0
%edx
0xf09
0x504
%esp
0x508
pop %edx
0x500
0x500
0x500
0x504
0x504 0xf09
0x504
0x508
XXX
0x508
XXX
0x508
XXX
0x50c
XXX
0x50c
XXX
0x50c
XXX
0x510
XXX
0x510
XXX
0x510
XXX
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IA32 – O conjunto de instruções:
Flags e operações de teste
4 flags: variam conforme o resultado da última operação
ZF
SF
CF
OF
=
=
=
=
1
1
1
1
se
se
se
se
zero
< zero
transporte
overflow
cmp? src1, src2
# src2 – src1
# resultado não é guardado
test? src1, src2
# src2 AND src1
# resultado não é guardado
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IA32 – O conjuntos de instruções:
Operações de controlo de fluxo
Saltos Incondicionais
jmp label
jmp *src
Saltos Condicionais (testam as flags)
je
js
jg
jl
label
label
label
label
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jne
jns
jge
jle
label
label
label
label
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IA32 – O Conjuntos de instruções:
Invocação de procedimentos
call label
call *Op
# coloca endereço de retorno na stack
ret
# lê endereço de retorno da stack
leave
# realiza algumas operações relacionadas com o acesso a
# variáveis locais e parâmetros
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Sumário
Tema
Hennessy [COD]
IA32
AC1 –Arquitectura do Conjunto de Instruções
Bryant [CS:APP]
Sec 3.4 a 3.6.3
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